SCATS 系统介绍

1、 q开发起始时间：七十年代初期； q地点：澳大利亚悉尼； q目前的规模：悉尼2500多个路口的自适应区域控制； q当前推广应用范围：澳大利亚、新西兰、东南亚、 中国、美国、爱尔兰等全世界70多个城市与地区， 21000余路口； q悉尼交通自适应协调系统（SCATS）开发者： 澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）。 Shenyang Tianjin Shanghai, Ningbo Suzhou HangzhouGuangzhou Hong Kong Manila Cebu Kuala Lumpur Seremban Singapore Brunei Sandakan Jakarta Ban

2、dung Detroit Delaware Durham Cobb Co Suva Fiji Shijuazhuang Tehran Mashhad Dublin Auckland Wellington Christchurch + 11 cities Darwin Perth Adelaide Sydney Melbourne & many other cities Mexico City Toluca Doha Chula Vista Pasco Co. Concepcion Gresham Park City Menlo Park Sunnyvale Waterford Israel Y

3、anbu Dacca Hanoi Pattaya Vietianne Rzeszow Pietermaritzburg qSCATS 是按照交通需求变化实时调节信号配时 来运行的，是以区域、而不是以非协调的单个 的路口为基础，对交通进行控制。 qSCATS 是在不断发展与完善的。最新的控制软 件为第6版本（V 6.X），并且移植到PC机平台 上，在控制、数据采集、管理、监视等方面都 有改善、提高。 二、系统组成 SCATS 可以根据受控路口多寡及系统需求采用二级或三级 控制方式。 一个完整的三级控制系统包括路口控制、地区控制和中 央控制。采用二级控制时，只包括路口控制和地区控制。 路口控制是由

4、信号控制机对某个具体路口进行的控制。它 的输入信息来自车辆检测器和行人按钮，输出灯色信号，指挥 交通。 地区控制是系统关键。路口信号控制机采集的实时信息源 源不断地送往位于地区控制室的地区主控计算机，由主控计算 机综合计算得出优化最佳控制方案及时送回信号控制机执行。 中央监控计算机主要完成与各地区计算机的联系，以及与 中央管理计算机的连接。中央控制级的建立，使我们可以很方 便地在各级计算机终端上、或者临时插接到信号控制机的现场 终端上，对任一路口的运行实况进行监视、数据修改或者发布 命令。使数百成千路口的集中监控得以实现。 路口控制机 检测器 信号灯 检测器 信号灯 二级系统组成图 地区计算机

5、 工作站PC 中央管理计算机 （带CMS） 工 作 站 地区计算机 LAN连接地区计算机 串口通信 通信处理器 q采用微处理器芯片（16位） 接收、处理来自检测器的信号，自主进行单点感应控制。 接收、预处理来自检测器的信号，向地区主控机传送信息，并接受主 控机的各种控制信息，进行控制。 按预置要求或故障降级要求进行无电缆协调控制。 自动故障检测、报警。 q24路车辆检测器和8路行人按钮输入。 q16信号组输出。 q使用“特征软件”保证信号安全正常运行。路口“特征”数据包括： 信号相位数、相序、检测器数、信号组数以及它们之间的相互关系； 相位时间段如：最小绿、最大绿、绿闪、黄灯、全红等的时间限定

6、； 单点全感应基本参数（空挡时间、浪费时间）； 无电缆控制所需的基本参数（方案、时段、感应要求）。 q主机使用PDP11系列(V5.3之前),或PC工控机(V6.0之后)。 q是实现自适应控制的重要部分： 接收信号控制机信息，进行计算、处理，并回传优化的自适应区 域控制信息。 向路口信号控制机传送强制信息，进行人工控制。 自动接收、存储路口信号控制机故障信息、并在操作终端上报警 显示。 下达指令，获取路口流量信息、系统运行信息，并可存储、分析。 qPDP11系列：可控制多达128个路口（11/93）， qPC工控机可控制多达250个路口。 q当路口控制的数量超过一定限量之后，就需要设立中央监控

7、计 算机。 q使用PDP11系列及VAX11管理计算机(V5.3之前),或PC工控机 (V6.0之后)。 q中央监控计算机不直接进行自适应控制，通过它可以监视运行、 修改数据、人工干预等等 q通信功能,使得所有的地区及其下属路口连通，方便信息传送。 q地区控制计算机至路口信号控制机。 星形连接方式：租用或专用电缆、光缆直接连接。 网络连接。 q地区控制计算机至中央监控计算机。 星形连接方式：直接电缆或光缆连接，电话拨号连接。 计算机网络连接。 qSCATS控制策略 交通条件交通条件 反应对策反应对策 繁忙交通要求 使通行量最大 正常交通要求 使延误最小 轻微交通要求 使停车次数最少 q子系统与

8、系统 道路网络的不规则性，导致交通环境差异；交通分布的不 均匀性，产生对信号配时的不同要求。 为求整体最佳效益，交通在某些条件下需要小范围协调， 在另一些条件下可以大范围协调。 q战略与战术控制 仅有战略检测和算法，难以求得局部的精细；只有战术检 测和算法，不能把握全局。 为求整体最佳效益，需要既有战略又有战术的检测和算法， 在两个层面上产生作用。 q子系统是自适应控制最小协调单元。由一个或若干路口组成。 子系统划分原则：地理条件、交通状况以及相互关连性。 子系统-关键路口-主要检测器-周期、绿信比； 子系统-代表性方向检测器-协调方向-相位差。 q子系统可以相互结合，形成规模不同的系统。 交

9、通状况变化后，周期或流量特性渐趋一致时，子系统的结合有 利较大范围的协调。低峰向高峰过渡时，往往出现这种情况。 结合起来的若干子系统称为“系统”。一个地区控制范围内可以 有一个或若干个大小不一的“系统”组成。 q形成系统的子系统可以分离，形成新的系统或原来的子系统。 “系统”内子系统交通状况、预测周期或流量特性产生一定差异 时，继续以“系统”运行会降低整体效益，就产生子系统分离。 经分离后的“系统”形成较小的，适合当时交通状况的“系统” 或子系统运行。高峰向低峰逐渐过渡时，容易出现这种情况。 SS1 SS2 SS5 SS4 SS3 SS6 SS7 子系统与系统示意图 q战略控制层面 是较高级别

10、的控制。收集来自战略检测器的流量或饱和度等数 据，经地区主控机战略算法计算优化各子系统的周期、绿信比、 相位差等参数。 计算、判断子系统之间的关系，决定子系统是结合还是分离， 从区域整体上衡量最佳效果。 按周期进行运算、调整，战略响应速度比较快。 q战略控制的基本参数优化准则 周期时间是以秒为单位动态地变化的，当交通增长较快时，能 以较大的步长变化（如6秒、9秒、21秒），以保持系统有最合 适的饱和度（比如0.9）。 绿信比要求对每个进口的绿灯时间能反映相应的交通要求。 SCATS通过对不同相位或有代表性的进口用等饱和度的方法来 决定绿信比。当然在交通要求接近饱和时控制可以偏向于设计 者所需要

11、的主要交通流向。 相位差须能随交通要求变化而使系统中的车辆，尤其是占优的 交通流的停车次数和延误减至最少。 q战术控制层面 是较低级别的控制。允许路口信号控制机在不违背系统“战 略”的前提下，有一定的灵活性以满足实际运行中的局部需 求。 运行着的相位时间可以在一定条件下按交通需求缩短或者延 长、没有交通要求的相位甚至可以跳过不运行。 运算是在目前运行着的周期或相位中当场发生，反应迅速， 进一步提高了控制的实际效果（特别适合那些不规则到达的 交通流）。 q战略控制与战术控制的关系 在战略控制下进行的战术控制的程度是由地区主控机所约 束的。 在战术控制时，路口信号控制机使用了与单点全感应控制 时相

12、同的技术。不同之处是，主干道上的协调相位不能随 意跳过或提前结束，以免破坏协调效果。 以整体交通为目标的战略控制可以使变化的交通受到平滑 的控制；周期性处理快速、微小变化的战术控制则使系统 控制更加精确。 当道路与交通条件较好时，系统往往以战略控制为主；反 之，由于交通流的随机性而使得战术控制的补充作用显得 十分重要。 l简单表述 MINIMUN GREEN FLASH GREEN YELLOWALL REDEXTENTION GREENCLEARANCE VEH WALK GREEN INTERGREEN 行人结束时间一般在对应车辆信号的绿间隔之前；行人较多也可延 长至绿间隔中。 A PHA

13、SE l完整的SCATS表述 VEH MIN GRN FLASH GREEN YELLOW ALL REDEXTLSTVIGREST ECO GRN WALK WALKCLEARANCE 1DELAYCLEARANCE 2 INITIAL PERIOD REST/EXTENTION PERIOD INTERGREEN PERIOD RUNNINGCLEARING LATE START （迟启动） 由于A、B相距一 段距离，当信号 SG1结束后，SG2 先转为绿灯，SG 3滞后一些转绿 灯，以免与B处 车辆发生冲突。 AB SG1 SG2 SG3 相位时段相位时段 YELLOW ALL RED

14、LATE START MINIMUM GREEN MINIMUN GREEN （最小绿） 是相位绿灯一旦出现后，到相位结束之间所需保持的最 小绿灯信号时间。它保证绿灯信号至少显示一个最小安全时间。 VIG VARIABLE INITIAL GREEN（可变初始绿） （仅用于前置式检测器） 包含两项内容：INCREMENT（增量） MAXIMUM INITIAL GREEN（最大初始绿） 对红灯时通过线圈的每辆车会加上一个“增量值”（增 量时间设置）到初始绿计时器上，一直至最大初始绿的时间设 置；在绿灯开始时刻，这一累计值就加到最小绿计数器上，形 成了新的最小绿时间。 目的是为保证处于停车线与前

15、置式检测器之间的车辆在 绿灯亮后能有时间走完，进入到下一个相位时间段。 REST GREEN （保持绿） 单点全感应状态时，如果在结束最小绿之后，任一相位 均无车辆（要求），就停留在这个时间段。它没有时间设置， 是处于保持等待状态的。若一有车辆出现（要求），就立刻 进入EXTENTION GREEN （延长绿）。 EXTENTION GREEN （延长绿） 延长绿也即延长时间段。保持绿与延长绿亦被称为保持/ 延长阶段。 进入延长绿之后，信号机便要寻求一个恰当的相位结束 时间，以为其它的交通“要求”服务。 如果车流中出现了一个合适的“空挡”（GAP），或者 “浪费”（WASTE）计时器累加到足够

16、的时间，便强迫相位结 束； 如果“空挡”、“浪费”计时器均不能终止相位，则绿 灯继续至“最大绿”计时器计满为止。 EARLY CUT OFF GREEN （早切断绿） 早切断绿使得一个相位中的不同信号组可以分步结束， 由早切断给予信号组的黄灯分时结束。 V2V1 EARLY CUT OFF GREEN V2 V1 GREEN GREENGREEN YELLOWRED YELLOWRED YELLOW ALL RED END OF PHASE 信号组V1比V2 早结束，使得 两个路口之间 的车辆清除。 ECOECO的时间由 路口距离和车 辆行驶速度决 定。 YELLOW （黄灯） 用来定义一个相

17、位信号组（车辆）通行权的终止。它主 要与车辆速度、车辆能接受的减速度，以及其与停车线之间 的距离有关。 能找到一个临界距离，使其后正常通行的车辆在见到黄 灯点亮时（制动）可以在停车线前停下，而其前面的车辆能 在黄灯结束之前合法通过停车线。 澳大利亚黄灯计算的参考方法： 设计车速 45 50 60 70 80 黄灯时间 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 秒 公式: 黄灯时间=1.0+设计车速/20 这里设计车速为: 公里/小时 ALL RED （全红） 用以清除路口车辆。避免两个不同相位中冲突交通流 在冲突点的事故。 B相位的全红计算： t t1 1=d=d1 1/V/V t t2 2=d

18、=d2 2/V/V 全红= = t t1 1-t-t2 2 1 1 2 2 行人时间（PEDESTRIAN TIMES） DELAY（延迟） 若在“特征软件”中设定，则行人行走 信号（ WALK ）能在相位开始后延迟引入。 WALK（行走） 是行人行走（绿灯）时间。 CLEARANCE 1（清除1） 闪光（绿闪或红闪）显示时间， 它必须在控制机能离开正运行相位之前结束。（除非允许跨 相位运行OVERLAP） CLEARANCE 2（清除2）闪光（绿闪或红闪）显示时间， 它可以与车辆清除（CLEARANCE）时间同时运行。 2、检测器 双四极型检测线圈给出轮廓分明的检测区域。 合适的线圈长度有利

19、于“饱和度”的计算正确，且 不会产生通常情况下的系统测算车流阻塞与流畅时 的二义性。 密 度 最大静止密度（约160 pcu/km） 如600 vph饱和流量 流量 间 隔 s 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 速度 km/h 线圈长度（m） 2 2.5 3 4 4 SCATSSCATS 4.54.5 SCATSSCATS 5 68 10 环型线圈检测器特性 间 隔 时 间 速 度 于10 km/h时 （对于4.5m长的线圈） 3、饱和度概念与算法 可测量的交通流参数： 全部的占有时间（Total Occupancy） 全部的间隔时间（Total Space）“T” 车辆数（

20、感应到的）间隔数“n” 绿灯时间“g” 平均间隔（Average Space）： e = T/n 或者 T = en 间隔时间（SPACE TIME）： 车头时距 = 占有时间 + 间隔时间 转换为 间隔时间 = 车头时距 占有时间 间隔（SPACE） 全部间隔时间（“不可避免的间隔”+“可避免的间隔”）是 e ； 在饱和流量时的“不可避免的间隔”是t； 则“可避免的间隔”就是浪费了的间隔时间w。所以 w = e t 浪费时间（WASTE） 如果平均浪费时间是： w = e t 则该交通流向的全部浪费时间是：w = （e t）n n车辆数 但是 T = en ，所以 w = T tn 未浪费时

21、间（UNWASTED TIME） 交通流向的全部绿灯时间显然是由浪费和未浪费时间组成的。 如果未浪费时间是 U，则 U = g W DSDS的导出 饱和度是未浪费时间与全部可用时间之比。 DS = U/g 因 U = g W 所以 DS = （g W）/g 又因 w = T tn 因此 DS = g （T tn） /g 在SCATS实际运行时，上式中的 t = 3600MF KP100， 所以 DS = g （T tn） = g T n（3600MF KP100）g 而这时，折算流量 VK = DSgMF/3600 相位结束 控制机离开运行相位有三种情况： 1、若检测到交通流中有一个空挡超过了

22、预置空挡时间设置； 2、若“浪费”计时器累计到足够的时间以引起一个浪费结束； 3、若上述二种条件均不满足，则控制机在最大绿计时器计满时 离开该相位。 浪费时间理想车头时距 实际车头时距 4、单点全感应控制模式 q单点全感应控制原理图 时 间 设 置 最大时间计时器 时 间 设 置 浪费时间计时器 时 间 设 置 车头时距计时器 时 间 设 置 空挡时间计时器 检 测 器12345 周期长度周期长度( (Cycle Length)Cycle Length) SCATS中几个周期参数值，用于不同的目的： % Lowper 最小周期。通常运行于交通量非常小的时候；尽可能选值 能产生合理的双向协调；S

23、CATS 一般会自动选择Link Plan 1。 S1% Stopper 1 定值周期。尽可能选值能产生良好的双向协调；SCATS 一般会自动选择Link Plan 3，如果没有S2% 时；否则选择Link Plan 1 。 S2% Stopper 2 定值周期。仅当指定了S1% 时才可选用；尽可能选值能 产生良好的双向协调（潮汐平衡流）；SCATS 一般会自动选择Link Plan 3。 X% Xper 定值周期。大于该周期值时，只有协调相位（可伸展相位） 检测器（战略进口）可以增加周期长度。 % Hiper 定值周期。子系统所允许的最大周期长度。 S% RL0 X% % RL0 DS SZ

24、2 SZ1 DS SZ10 周期长度控制（RL与DS的关系） 绿信比绿信比( (Split)Split) SCATS 有两种方法选择合适的绿信比方案： DISCRETE SPILT SELECTION（DSS） 离散的绿信比方案选择方法 INCREMENTAL SPLIT SELECTION（ISS） （连续）增量的绿信比方案选择方法 DISCRETE SPILT SELECTION（DSS） 离散的绿信比方案选择方法 是预置的一组方案（1、4或8方案），SCATS选择最合适的运行。 例： Plan1 Plan2 Plan3 Plan4 A=60% A=55% A=50% A=45% B=40

25、% B=45% B=50% B=55% Plan1 Plan2 Plan3 Plan4 A=60% A=55% A=50% A=45% B=40% B=45% B=50% B=55% 若运行方案1时， DSA=80， DSB=95 则对应于方案2，有DSA=80*60/55=87， DSB=95*40/45=84 对应于方案3，有DSA=80*60/50=96， DSB=95*40/50=76 对应于方案4，有DSA=80*60/45=107，DSB=95*40/55=69 比较四个方案的DS，方案2的A，B相位最接近“等饱和”， 故推荐方案2。 可伸展相位作用 SPLIT CL% A B C

26、 INCREMENTAL SPLIT SELECTION（ISS） （连续）增量的绿信比方案选择方法 在软件中预置可能的绿信比变化表。 例：二相位增量表： 变化类型 0 1 2 3 4 5 6 相位1 0 +1 -1 +2 -2 +3 -3 相位2 0 -1 +1 -2 +2 -3 +3 如果绿信比当前运行于 A = 56% 而 B = 44% 则下一个周期可用的选择结果是： 相位1 56 57 55 58 54 59 53 相位2 44 43 45 42 46 41 47 若上一周期的DS分别是82%，70%；则可计算得出预计的DS是： 相位1 82 81 83 79 85 78 87 相位

27、2 70 72 68 73 67 75 66 类型5产生最接近的“等饱和”DS，所以A相位增3%，B相位减3%。 绿信比方案特征参数 有几个相位请求和延长的特征参数，比如： PD Permanent Demand 给与相位一个无条件请求； NS No Skip 防止一个无请求的相位在当前相序中被跳过； FG False Green 允许该相位利用分配给下一个没有请求 的相位的时间； TG Time Gain 允许该相位利用前面相位尚未全部用完的 任何时间； NG No Gap 强制该相位使用分配给它的全部时间，即它 不能“提早”结束。 相位差相位差( (Offest)Offest) SCATS

28、 有两种相位差： 内部的（PPS） 一个子系统内部路口之间的相位差。 外部的（LPS） 子系统之间的相位差。 SCATS提供了四个基本相位差方案，通常约定： 低周期长度时使用； 繁忙“入境”交通流； 近似平衡交通流； 繁忙“出境”交通流； 典型的PP1S INT 1 INT 2 INT 3 典型的PP2S INT 1 INT 2 INT 3 典型的PP3S INT 1 INT 2 INT 3 典型的PP4S INT 1 INT 2 INT 3 OFFSET CL PP Detector Strategic Strategic Link Input Approach SI 1 SI 2 SI 5

29、 SI 4 SI 3 SA 1 LK 1 LK 2 LK 3 SA 2 SA 3 SA 4 SUB SYSTEMINTINT INTERSECTION OR SLOT DATA PLAN DATA INTERSECTION OR SLOT DATA PLAN DATA SUB SYSTEM q联机主控制 q无电缆协调控制 q单点全感应控制 q黄闪控制。 q联机主控制 提供了完全的交通自适应区域控制。是通常情况下 的运行模式。 在特殊要求下，可以提供连机模式下的 无电缆协调控制、 单点全感应控制或 黄闪控制等不同形式的控制。 q无电缆协调控制 通过时钟保持同步控制的一种方式。常作为联机主 控方式

30、的故障降级模式。 信号配时预置方案按照周日与日时来选择。 SCATS的FLEXILINK与通常的CABLELESS LINK之不同， 在于可按需运行一定限度内的感应功能，使控制效 果更佳。 q单点全感应控制 SCATS的路口信号控制机使用了一系列计时器来了 解车辆的到达情况，按实际交通的通行状况控制绿 灯信号的时间，以实现科学合理的时间配置；或者 根据设计要求，对主干道交通以适度优先，以符合 实际需求。 计时器有：车头时距计时器(Headway Timer)； 空挡计时器(Gap Timer)； 浪费时间计时器(Waste Timer)； 最大时间计时器(Maximum Timer)。 q黄闪

31、控制 黄闪作为运行降级模式的一种，可以在故障发生后 指示驾驶员到路口小心行驶。 黄闪在夜间可以起到路口警示灯的作用。 在一些路口非高峰时段，由于流量太少而不需要控 制的情况下，使用黄闪比关灯来得更安全。 q故障降级与与故障消除后的恢复 SACTS一般按照联机主控制-无电缆协调控制- 单点全感应控制-黄闪控制的顺序降级，当然系统 调试人员也可以按需设置成：联机主控制-单点全 感应控制-黄闪控制的降级顺序。 在降级为无电缆协调控制模式时还可以预先指定是单 个故障路口降级还是子系统里的所有路口全部随之一 起降级为无电缆协调控制，以便继续保持子系统内部 的有效协调。 在故障消除后，系统会自动恢复原来的

32、运行模式。 q联机主控制是最为理想的、有效的控制方式，然而当发生紧 急情况、道路施工或战略检测器损坏的时候，需要作一些临 时的人工控制。 q通常人工控制在室内计算机终端上进行： “开灯”，“关灯”，“黄闪”控制。 指定运行模式。 临时修改参数，如周期，绿信比，偏移等等。 锁定某个相位保持任意长时间或某段时间的绿灯； 锁定周期长度或绿信比、偏移方案等等。 q人工控制也可以在路口进行。 便携式计算机上进行。 通过键盘对路口控制机参数进行修改。 通过信号机上的开关直接进行。 q几乎所有人工可执行的功能都能被设置在指定的时 间内发生作用。 q实现形式： 时间表：日期、时间与指令集编号。 指令集文件：所有编号指令集的文件。 q用户可利用一个或几个子程序， 对子系统或路口的实时状态、或 它们的组合进行测试。 q逻辑运算，判断是否符合条件。 q执行操作，可以是直接指挥信号， 也可以是间接置入数据，让系统 去分析完成。 q采用特殊子程序控制是为了对一 些具体细微的信号运行操作进行 裁剪、制作来满足个别路口的需 求，获取一般操作中不易得到的 特殊效果。 q用户可以设置专用的自行车检测器，来检测自行 车的通行状况。 q采用特殊的数据转换设置，使得SCATS对待自行车 就如机动车一样，使得两种不同的车辆可以公平 地竞争信号相位时间，取得较好的控制效果。 q适用于相位中非机动车对绿灯需求大于机动车的 情